Laten we bij het begin beginnen. Voordat mensen, voor de aarde, voordat een van de planeten bestond, er waren babyplaneten - planetesimalen. Samengesmolten uit stof dat naar buiten explodeerde door de zonnenevel, deze klodders materiaal waren slechts enkele kilometers in doorsnee. Spoedig, ook zij aggregeerden als gevolg van de zwaartekracht om de rotsachtige planeten in het binnenste deel van het zonnestelsel te vormen, de vroege details over deze planetesimalen aan de verbeelding overlatend.

Hun mysterieuze identiteit wordt gecompliceerd door het feit dat Mercurius, Venus, Aarde, en Mars zijn allemaal verschillend in chemische samenstelling. Zoals een blender de ingrediënten in een cake mengt, De aarde heeft een herschikking ondergaan, grotendeels te wijten aan vulkanisme en platentektoniek die elementen in en uit het interieur verschuiven, dat verder verduistert informatie over wat de originele ingrediënten zouden kunnen zijn, en hun verhoudingen.

Nutsvoorzieningen, een paar MIT-wetenschappers van het Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS) hebben belangrijke informatie over die planetesimalen onthuld door in een laboratorium de eerste magma's na te bootsen die deze objecten mogelijk in de kinderschoenen van het zonnestelsel hebben geproduceerd. En het blijkt, er is fysiek bewijs van deze magma's in meteorieten, het toevoegen van validatie aan hun claims.

"Deze vorming en differentiatie van deze planetesimalen is een soort belangrijke stap in hoe je de binnenste terrestrische planeten maakt, en we beginnen dat verhaal pas echt te ontsluiten, " zegt RR Schrock hoogleraar geologie Timothy Grove, senior auteur van de studie, gepubliceerd in een trilogie van artikelen in de tijdschriften Geochimica en Cosmochimica Acta en Meteoritica en planetaire wetenschap .

Meteoriet teasers

Kleine stukjes bewijs van de planetaire bouwstenen van het zonnestelsel bestaan ​​tot op de dag van vandaag in meteorieten, die allemaal in twee hoofdcategorieën passen. Chondrieten zijn gemaakt van origineel materiaal en zijn het meest voorkomende type. Achondrieten komen van ouderlichamen die een soort van wijziging hebben ondergaan - en het begrijpen van die wijzigingen helpt bij het verklaren van de processen die planeten vormen en laten groeien.

Ureilieten, de tweede meest voorkomende groep achondrieten, waren het oorspronkelijke onderwerp van dit onderzoek. Maar snel, de onderzoekers realiseerden zich dat hun bevindingen ook elders konden worden toegepast.

Dankzij een reeks experimenten die zijn ontworpen om fouten in technieken uit het verleden te corrigeren, Grove en hoofdauteur Max Collinet Ph.D. '19 ontdekte een nieuwe invalshoek. "We kwamen echt voort uit het willen begrijpen van iets over een kleine groep meteorieten dat voor veel mensen misschien obscuur lijkt, ' zegt Collinet over zijn promotieonderzoek. 'Maar toen we die experimenten deden, we realiseerden ons dat de smeltingen die we produceerden veel implicaties hebben voor veel andere planetaire bouwstenen."

Dit omvat de oorsprong van het meest voorkomende type achondritische meteorieten, eucrieten genoemd, vermoedelijk afkomstig uit Vesta, het op een na grootste lichaam in de asteroïdengordel. Dit kwam doordat in 1970 een MIT-onderzoeker ontdekte dat Vesta van hetzelfde type basaltgesteente was gemaakt. "We hadden al deze basaltlava's van het oppervlak van Vesta, en eigenlijk ging iedereen ervan uit dat dat is wat er gebeurt als je deze lichamen smelt, " legt Grove uit. Maar onlangs, andere studies hebben deze hypothese omvergeworpen, de vraag achterlatend:wat waren de vroegste smeltingen die in planetesimalen werden gevormd?

Kleine planeten maken

"Wat we ons realiseerden, is dat we helemaal niet wisten wat de samenstelling was van die eerste magma's die werden geproduceerd in een planetesimaal, laat staan ​​degene waarin we geïnteresseerd waren - het ouderlichaam van ureilieten, " zegt Collinet over de resultaten van hun nieuwe experimentele methoden.

In eerdere onderzoeken, door gebruik te maken van een typische experimentele "open systeem"-opstelling die de lage zuurstofniveaus handhaafde die verwacht worden in een planetesimaal, veel van de zeer reactieve alkali-elementen - natrium en kalium - konden ontsnappen.

Grove en Collinet moesten samenwerken om de experimenten uit te voeren met behulp van een uniek apparaat bij MIT dat het systeem "gesloten" hield en alle alkaliën vasthield. Ze laadden een kleine metalen capsule van enkele millimeters in het vierkant met dezelfde chemische elementen die mogelijk aanwezig zijn in een planetesimaal en onderwierpen het aan omstandigheden met weinig zuurstof, smelttemperaturen, en de verwachte druk in het interieur van de relatief kleine lichamen. Zodra aan die voorwaarden was voldaan, het magma van het monster werd bevroren - zoals vastgelegd in hun methoden - door de machine te "meppen" met een sleutel om ervoor te zorgen dat hun capsule vrijkwam, snel tot kamertemperatuur dalen.

Het magma analyseren, afgekoeld tot een glas, lastig was. Omdat ze op zoek waren naar het begin van smelten, de poelen in de monsters waren vrij klein. Er waren een paar aanpassingen aan hun procedures nodig om alle kleine pools te combineren tot één grotere zak. Toen ze de monsters konden meten, het paar was geschokt door de implicaties van wat ze vonden.

"We hadden geen idee dat we dit spul zouden gaan produceren. Het was totaal onverwacht, "Grove wonderen. "Dit spul" was een alkali-rijk graniet - een lichtgekleurde, silica-rijke samenstelling zoals je zou kunnen zien op een aanrecht in de keuken, aan de andere kant van het gesteente-type spectrum van de alkali-armen, silica-arme basalt op Vesta, zoals die gevormd uit lava in Hawaï.

"Collinet en Grove laten zien dat eerdere ideeën over de samenstelling van de vroegste smelten in ons zonnestelsel, ~4,6 miljard jaar geleden, kan onjuist zijn geweest omdat het record van vroege processen is verduisterd door geologische activiteit in recentere tijden, " zegt Cyrena Goodrich, een senior onderzoeker bij het Lunar and Planetary Institute in de Universities Space Research Association, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Deze resultaten zullen worden toegepast op een breed scala aan onderwerpen in de geologie en planetaire wetenschappen en zullen het toekomstige werk aanzienlijk beïnvloeden."

Deze verrassende resultaten kwamen bijna overeen met smelten gemeten in veel natuurlijke meteorietmonsters. Aanvullend, het paar had iets geleerd over de mysterieuze alkaliën die ontbreken op de rotsachtige planeten en de verschillen tussen de aarde, Mars, Venus en Mercurius.

Het begin opnieuw beleven

Eerder, er werd aangenomen dat de verschillen tussen de terrestrische planeten ontstonden tijdens de aanvankelijke verstrooiing van elementen in de zonnenevel en verband hielden met hoe die elementen condenseerden van gassen tot vaste stoffen.

"Nu hebben we een andere manier, " zegt Grove. Met de smelten die veel van de alkaliën bevatten, er zou slechts één of andere methode voor het verwijderen van de smelt nodig zijn om de resterende planetesimalen achter te laten in kalium en natrium.

De volgende stap zal zijn om te bepalen hoe deze smelten kunnen worden gewonnen uit het binnenste van de planetesimalen, gezien het feit dat de aanjagers van magmabeweging op aarde waarschijnlijk niet hetzelfde zouden zijn in deze planetaire lichamen. In feite, migratie van elementen in vroege planeten, zoals de vorming van metalen kernen, is een groot onbekend gebied dat het paar wetenschappers graag wil blijven verkennen.

Vanwege het onvermogen om te observeren wat er feitelijk gebeurde bij de oprichting van het zonnestelsel, de verrassingen die uit dit onderzoek naar voren komen, zijn een belangrijke stap. "We brengen nieuwe aanwijzingen over hoe de nevel deze lichamen heeft gemaakt, " vat Collinet samen, die nu postdoc is in Duitsland, werken aan het begrijpen van de lagen onder de buitenste korst van Mars. Van een kleine capsule in een laboratorium op de MIT-campus of een microscopisch kleine druppel smelt in een meteoriet, het is mogelijk om inzicht te onthullen in de geboorte van een enorme planeet.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.